绿色照明理念设计.docx
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绿色照明理念设计.docx
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绿色照明理念设计
绿色照明理念设计
与地面相比,地下最大的特点是没有天然采光,主要依赖人工措施,因此,地下的使用时间长、照度和可靠性要求高,潮湿对灯具及线路影响较大。
长期以来,地下建筑的设计沿用地面建筑的设计标准,照明效能一直没有得到很好的利用,工作人员长期在这种环境中工作,不但使工作效率下降,而且会出现视觉疲劳、头昏、神经衰弱等症状,严重影响了地下建筑战略功能和经济效能的发挥,因此,必须对地下建筑的照明效能做具体深入的研究。
传统的建筑自控系统一般只包括计算机网络、设备监控、火灾自动报警、安全防范等子系统,智能照明系统的发展相对滞后。
随着科技的进步和社会的发展,对照明系统的节能和科学管理提出了越来越高的要求。
尤其是地下建筑照明能耗占电力能耗的比重大,照明的地位越来越重要。
在我国,照明能耗约占电力能耗的10~12%,而地下建筑照明能耗所占的比例更高,根据笔者统计,约占35%左右。
因此,在地下建筑中,应把智能照明作为智能化系统重要的组成部分来考虑,合理选用光源、灯具及性能优越的照明控制系统,提高照明质量和节能效果。
1绿色照明理念设计
照明可以人为地创造良好的光照条件,使人眼既无困难又无损伤、舒适而高效地识别所观察的对象,从事相应的活动,并保证身心健康,提高劳动生产率,提高产品质量,减少各种事故。
采用不同形式、不同大小的灯具,利用光照的方向性和层次性等特点还可以渲染建筑的功能,烘托环境的气氛。
1.1做好深入细致的效能研究,为照明设计提供科学
的依据
照明质量的评价是一个十分复杂、涉及诸多因素的问题。
长期以来,照明设计一直是以照明的照亮度、均匀度、立体感、眩光、显色性指数和物体的颜色参数等物理量为标准进行设计和评价照明效果。
随着时代的发展和科技的进步,照明设计不仅在数量指标方面应达到标准的要求,更要综合考虑人的视觉特性、舒适感、建筑照明和节能等因素。
不同亮度和色彩对人具有不同的视觉感受,不同人、不同时间、不同场所,甚至人的不同情绪都会反映出对亮暗和色彩的不同感受,照明设计要体现人和环境相互关系,营造一个舒适、明亮并富有魅力的照明环境。
到目前为止,地下建筑照明效能的研究近乎于空白,缺乏科学合理的照度标准和以人为本的环境模式,再加上设计人员的水平、经验参差不齐,使得照明效能的实现得不到保证,甚至会因为设计和运用不当,产生光污染,如眩光、频闪、显色失真,产生一些人们不需要的热量、红外线和紫外线等。
时代的发展要求我们开拓创新,与时俱进。
如果因循守旧,照搬照抄前人的成果,或只做表面上的修修补补,那样我们的认识水平永远都停留在当前的高度上,裹足不前。
从事照明研究和设计的人员要到工程实践中去,实际调查地下建筑的性质、规模、特点和要求,认真听取用户的感受和建议,切身体验照明效能的实现,通过大量的试验,得出不同地下建筑、不同功能单元及同一地点不同时间、不同人流量时的照度标准和环境模式。
总之,提高认识的高度,把握以人为本的理念,在设计中兼顾科学性和性,体现人和环境的相互关系,使工作人员乐于身临其境并自觉维护,而环境有利于保护人的身心健康和提高工作效率。
1.2充分利用新产品、新技术,改善地下建筑的环境
改善地下建筑工作环境,提高照明效能可以采用以下措施,一是通过新型采光方法和材料有效地利用天然光;二是在人工照明中选用高品质的照明光源;三是对各类灯具进行无级连续调光和缓和的场景切换控制。
1.2.1通过新型采光方法和材料有效地利用天然光
利用天然光的常见方法有:
(1)导光管法
用导光管将太阳集光器收集的光线传送到室内需要采光的地方,如中国建筑科学院的地下建筑天然采光研究成果,就是用此法解决天然采光问题。
(2)棱镜组多次反射法
用一组传光棱镜将集光器收集的太阳光传送到需要采光的部位。
澳大利亚用这种方法把光送到房间10m进深的部位进行照明;英国用这种方法解决了地下建筑和无窗建筑的采光。
1.2.2选用高品质的照明光源
传统的地下建筑中,普遍采用白炽灯和荧光灯作为照明光源,高强度气体放电灯也有使用。
通过几代科技人员不懈的努力,白炽灯的光效和寿命得到大幅度的提高,而价格却下降了10倍,使其在室内照明中获得广泛的应用。
1959年,人们又发明了卤钨循环原理的石英白炽灯,它体积小,光效维持率达到95%以上,经过不断改进,卤钨灯的逐步小型化,寿命和发光效率比普通白炽灯有较大提高。
绿色照明理念设计
设计工程是一门综合学科门类的应用工程,它涉及电工学、光学、环境科学、生物学和等。
专业设计还涉及各专业领域的知识,如照明涉及科学、体育场馆照明涉及运动科学等,可见照明设计十分复杂。
因为复杂,所以照明工程设计的效果在实施之前很难量化,有时侯工程完成之后才发现不满意。
目前国内照明设计一般分成二个阶段完成,设计院完成建设项目的基本照明,一些专业公司承包大型厅堂、场馆及照明的设计。
设计院的照明设计主要完成了一般空间照明布置、普通灯具选型、照明;对照明质量、照明和环境考虑较少。
一些专业公司虽然比较好地考虑了照明和环境,由于自身力量不足或考虑的侧重不一样,有时候设计十分片面,如照度不符合标准,照明很不合理存在不安全隐患,光源和灯具选型不妥等现象时有发生。
要解决好上述问题,应加强专业照明设计队伍的业务建设,提高照明设计质量意识。
因此要求照明设计工作者不仅要掌握照明设计的理论,还要了解国内外有关照明技术的新动态,推进绿色照明就是目前照明工程的政策。
一、绿色照明的理念绿色照明是指通过科学的照明设计,采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品(电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材,以及调光控制器和控光器件),改善提高人们工作、学习、生活的条件和质量,从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境并充分体现现代文明的照明。
1991年1月美国环保局(EPA)首先提出实施"绿色照明(GreenLights)"和推进"绿色照明工程(GreenLightsProgram)"的概念,很快得到联合国的支持和许多发达国家和发展中国家的重视,并积极采取相应的政策和技术措施,推进绿色照明工程的实施和发展。
1993年11月我国国家经贸委开始启动中国绿色照明工程,并于1996年正式列入国家计划。
从以上的理念认识到:
1、照明工程必须实施可持续发展战略,把节约放在首位,提高资源利用效率。
因为绿色照明能节约电能,节约电能对保护环境具有重要意义。
照明节能潜力主要包括电光源潜力、灯具潜力以及设计、运行管理等方面的潜力。
从理论上讲,照明用电量(L)可用下式表示:
L=WT*(EA/FK)=EAT/Kη其中W-每一台灯具消耗的电功率,KW/台;T-开灯时间,h;E-平均设计照度,lx;A-地板面积,m2;F-每台灯具的灯泡流明,lm;K-维护系数;η-灯泡的综合效率[F/W]。
因此,欲降低照明电耗,必须设法使用高效灯泡、提高灯具的维修率;或者减少开灯时间、保持适当的照度和尽量采用局部照明等。
但是,照明节能的原则是在保证足够的照明亮度和质量的前提下节约能源。
所以,选择合理照度(E)、高效灯泡流明(F)和提高综合效率(η)、加强运行管理等,对于照明节能具有非常重要的意义。
绿色照明包含电光源、电器附件、灯具、配线器材,以及调光和控光器件等的合理采用。
例如:
采用高效节能的电光源,采用高效节能照明灯具,采用高效节能的灯用电器附件,用节能电感镇流器和电子镇流器取代传统的高能耗电感镇流器。
智能照明控制系统的应用
随着现代科学技术的不断进步和发展,人们物质文化和精神生活水平迅速的提高智能化已经成为当今发展的主流技术,涵盖从空调系统、消防系统到安全防范系统以及完善的计算机网络和通信系统。
但是长期以来,智能在国内一直被忽视,大多数仍然沿用传统的控制方式,部分智能大厦采用楼宇自控(BA)系统来监控,但也只能实现简单的区域照明和定时开关功能。
相比之下,智能照明系统体现出强大的优越性,它在智能建筑中的应用越来越广泛。
智能照明系统在智能建筑中的应用效果如下:
一、实现照明控制智能化。
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采用智能照明控制系统,可以使照明系统工作在全自动状态,系统将按先设定的若干基本状态进行工作,这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。
例如,当一个工作日结束后,系统将自动进入晚上的工作状态,自动并极其缓慢地调暗各区域的灯光,同时系统的移动探测功能也将自动生效,将无人区域的灯自动关闭,并将有人区域的灯光调至最合适的亮度。
此外,还可以通过编程随意改变各区域的光照度,以适应各种场合的不同场景要求。
智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。
例如,在靠近窗户等自然采光较好的场所,系统会很好地利用自然光照明,调节到最合适的水平。
当天气发生变化时,系统仍能自动将照度调节到最合适的水平。
总之,无论在什么场所或天气如何变化,系统均能保证室内照度维持在预先设定的水平。
二、改善工作环境,提高工作效率。
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传统照明系统中,配有传统镇流器的日光灯以100Hz的频率闪动,这种频闪使工作人员头脑发胀、眼睛疲劳,降低了工作效率。
而智能照明系统中的可调光电子镇流器则工作在很高频率(40~70kHz)不仅克服了频闪,而且消除了起辉时的亮度不稳定,在为人们提供健康、舒适环境的同时,也提高了工作效率。
三、可观的节能效果。
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智能照明控制系统使用了先进的电力电子技术,能对大多数灯具(包括白炽灯、日光灯,配以特殊镇流器的钠灯、水银灯、霓虹灯等)进行智能调光。
当室外光较强时,室内照度自动调暗,室外光较弱时,室内照度则自动调亮,使室内的照度始终保持在恒定值附近,从而能够充分利用自然光实现节能的目的。
除此之外,智能照明的管理系统采用设置照明工作状态等方式,通过智能化管理实现节能。
四、提高管理水平,减少维护费用。
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智能照明控制系统将普通照明人为的开与关转换成了智能化管理,不仅使大楼的管理者能将其高素质的管理意识运用于照明控制系统中去,而且将大大减少大楼的运行维护费用,并带来较大的投资回报。
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智能照明控制系统的重要性
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智能照明控制系统是为了适应各种建筑的布局以及不同灯具的选配,从而实现照明的多样化控制。
现有的智能照明控制系统主要分为中央集中控制系统及分布式控制系统两种。
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一个现代化的智能办公大楼,不仅要有足够的工作照明,更应营造一个舒适的视觉环境,使员工在其中工作保持心情舒畅,提高办公效率。
据国内外有关资料介绍,办公照明用电量约占整个大楼能耗的1/3。
因此,做好照明设计,选择合理的照明方案,配置先进的控制系统,加强照明控制设计,已成为智能办公楼的一个重要设计内容。
它不仅能有效节约能源,降低用户运行费用,还可提高大楼管理水准。
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我们知道办公大楼按照功能区域划分,通常会有办公区、门厅、会议室、多功能厅等,各个功能区域的照明具有不同的特点。
办公区域照明使用的光源主要是荧光灯与白炽灯,其中荧光灯多用于一般照明,白炽灯多用于局部照明,照度水平的设计主要取决于视觉作业的需要及经济条件的状况。
办公区域的工作时间主要是在白天,可以考虑利用窗外入射的大量自然光进行照度补偿,不仅能节约能源,更能维持室内舒适的视觉环境。
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对于一个完整的办公楼智能照明控制系统来说,办公区是办公楼的主要组成部分,采用智能照明控制系统,可使其照明系统工作在全自动状态。
通过配置的“智能时钟管理器”可预先设置若干基本工作状态,通常分为白天、晚上、清扫、安全、午饭等,根据预先设定的时间段可自动的在各种状态之间进行转换。
比如:
上班时间来临时,系统自动将灯打开,并将光照度自动调节在预先设定的水平。
在靠窗的房间,系统能智能地利用室外自然光,当天气晴朗,室内灯自动调暗;天气阴暗,室内灯会自动调亮,以始终保持室内恒定的亮度。
午餐时间,灯将自动变换到一个舒适、柔和的灯光场景,使工作人员能够很好地休息和放松。
当一个工作日结束时,在智能时钟管理器的作用下,系统将自动地调暗各区域的灯光,进入晚上工作状态。
同时智能传感器的动静探测功能将自动生效。
系统处于清扫状态时,该区域的灯保持基本的亮度,当清扫人员扫到该区域时,智能传感器的动静探测功能自动生效,点亮该区域的灯,当清扫人员扫完该区域离开后,延时数分钟后将灯关掉。
安全状态和清扫状态的工作原理相似。
智能照明控制系统还能保证办公区域和公共区域协调的工作。
如:
办公区域有员工加班时,电梯厅、走廊等公共区域的灯就保持基本的亮度,只有当办公区域的人走完后,才将灯降低到安全状态或关掉,避免不必要的能源浪费。
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智能照明控制系统的优点
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智能照明控制系统与传统照明控制系统相比,在控制方式、照明方式、管理方式以及节能方面等均有不少优点。
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首先在控制方式和照明方式上,传统照明控制采用手动开关,只有开和关,而且只能一路一路地开和关。
而智能照明控制采用调光模块,通过灯光的调光在不同使用场合产生不同的灯光效果,营造出不同的舒适的视觉氛围。
在控制上采用低压二次小信号控制,控制方式多,功能强,范围广,自动化程度高。
其次,智能照明控制系统由于使用了自动化照明控制,智能利用光照以及通过网络,只需一台计算机就可对整个大楼的照明实现合理的能源管理自动化,不仅减少了不必要的耗电开支,同时也降低了用户的运行维护费用,在节能方面可比传统照明控制节电20%以上。
另外,在智能照明控制系统中,由于可通过系统人为地设置电压限制,可以避免或降低电网电压以及浪涌电压对灯具的冲击,从而起到保护灯具,延长灯具使用寿命的作用。
而更值得一提的是智能照明控制系统是一个开放式的系统,通过标准网络接口可方便地与BAS系统联接,实现智能大楼的计算机系统集成。
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智能照明控制系统的设计方法和步骤
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智能照明控制系统的设计一般都是在灯光设计和照明设计部分完成之后来进行的。
其设计一般可分为:
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第一步:
编制照明回路负载清单。
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在这过程中应注意:
首先每条照明回路的灯具应该为同类型的灯具,这样才便于调光模块的选择和配置。
而且每条照明回路的灯具控制性质应该是相同的,是普通或同为应急。
其次,应核对每条照明回路的最大负载功率是否在需要选择的调光器允许的额定负载容量之内。
最后,还要对一些照明回路的划分作适当的调整,使其更适合场景配置的需要,使各路灯光可组合构成一个优美的照明环境。
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第二步:
按照明回路的性能选择相关的调光器
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调光器是智能照明控制系统的主要部件,而对于不同类型的灯具应该选用不同适合他们的调光器。
比如对于冷阴极灯(发光、霓虹、充气),这类灯采用电压变压器工作,所以应采用前沿相控调光器。
而对于包括金属卤化物灯在类的各种气体放电灯则应该选用正炫波电压调光器。
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第三步:
按照明控制要求选择控制面板和其他相关控制部件。
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第四步:
选择附件和集成方式。
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第五步:
编制系统设备配置表。
结语
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从以上对智能照明控制系统的介绍,我们知道智能照明控制系统不仅可以满足和实现不同的灯光效果要求,实现照明的高层次智能管理,改善工作环境,提高工作效率,还可节约能源,延长灯具寿命,减少用户维护费用。
随着建筑和照明技术的进步,照明和建筑融为一体,照明已成为建筑的一部分,让我们大家共同努力,将更多、更好的智能照明控制系统应用到智能建筑的设计中去,营造出、智能化的光环境,赋建筑与生命。
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路灯系统节能探讨
1引言
近年来,设施随着各地经济和的发展,其规模及数量越来越大,耗电在迅速上升。
以深圳市为例。
2002年统计的四区(罗湖、福田、南山、盐田)路灯系统光源安装总功率为10294KW,镇流器损耗按光源安装总功率18%计算,线路损耗按5%考虑,路灯每年亮灯小时数按4000小时计,则:
路灯系统安装总容量为10294X(0.18+0.05)=12661千瓦。
路灯系统每年耗电为12661X4000X10-4=5064.4万度。
年耗电5064.4万度是什么概念呢?
大亚湾核电站年能力约为140亿度,5064.4万度占其0.36%。
由上可见,路灯系统的耗电相当可观。
正因为此,照明节电已成为日益受到重视的话题。
近年来很多地区发生的日益严重的电荒,更使许多部门认识到这一当务之急。
本文站在技术角度,分别从路灯布置方式、系统、灯具配件等方面,就如何以科学、合理的方式,实现道路照明系统节能,阐述个人的一点体会。
2合适的照度
合适的照度,是我们在道路照明节电工作中首先需要重视的问题。
它包括两个方面。
其一是为所设计的道路选择合适的照度标准;其次,是采用适当的计算及设计方式,实现合适的照度。
我们不难观察到,国内不少城市道路照度偏高,既增加了路灯照明的耗电,也削弱了道路两侧照明的效果。
现行有效的标准《城市道路照明设计标准》还是早在94年制定的。
不可否认,相对于我国沿海一些近年来发展较快、经济较发达城市,由于其出行时间延长、量大、交通情况复杂,其中的照度标准要求偏低。
但我们也不应过分的选择较大的照度。
根据正在修订的《城市道路照明设计标准(征求意见稿)》以及我们工程中的实践,推荐按表1的标准选择照度。
具体工程中,可视道路所在城市的性质和规模、交通信号的完善程度、道路与周边环境分隔状况在表中高档值与低挡值之间选取照度。
表1
照
明
等
级
国家行业标准
推荐做法
适用道路
平均照度Eav(lx)
照度均匀度Emin/Eav
平均照度Eav(lx)
照度均匀度Emin/Eav
一级
20
0.4
20∽30
0.5
快速干道
二级
15
0.35
20∽25
0.4
主干道
三级
8
0.35
10∽15
0.35
次干道
四级
5
0.30
8∽10
0.30
支路
五级
5
0.20
住宅区机动车道
六级
2∽3
0.1
住宅区人行道或非机动车道
照度标准确定后,如何进行照度计算,是设计师们头疼的问题。
常规的利用系数法计算粗糙,且无法确定均匀度。
手工逐点计算法计算精度虽高,但需要收集大量的灯具资料,计算工作量也很大。
以上两种计算方式在工程实践中均不适用。
笔者建议,目前已有多家国内外灯具厂家编制了照明计算软件,计算中虽然只能对相对应厂家生产的灯具进行照度计算,但对于路灯系统设计还是有相当的参考意义。
建议在设计中选择一到两家的软件对照度进行计算,从而快速方便地确定灯具布置形式、杆高、路灯间距、光源容量,实现合适的照度,避免或减少路灯系统设计的盲目性。
3电容补偿
路灯采用的光源,基本是气体放电灯,其功率因数相当低,一般在0.45以下,从而使回路电流大,在线路上产生的损耗相当可观。
《城市道路照明设计标准》中,要求气体放电灯应加电容补偿,补偿后功率因数应不小于0.8。
但标准中并没有明确是在路灯电源处集中补偿,还是在灯具处分散补偿。
目前国内城市路灯系统采用的电容补偿方式两种均有。
笔者认为,由于路灯设施是均匀分布在道路纵向两侧,由路灯电源至路灯灯具的低压配线较长,道路照明系统产生的损耗主要发生在这一段。
采用路灯电源处集中补偿方式,并不能减少低压配线的耗电。
而采用单灯分散补偿,无疑减少了路灯电源至路灯灯具这一段线路上产生的损耗,将起到较好的节电效果。
电容量与路灯常用光源---高压钠灯的配套建议按表2选择,补偿后单灯功率因数将不小于0.85。
表2
70W
100W
150W
250W
400W
10∽12μF
13∽15μF
20∽22μF
34∽36μF
53∽55μF
4?
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关闭半数光源
显然,关闭半数光源的方式节电效果直接而且显著,节电运行时段节电达50%,总体约在30%左右。
在电力紧张的背景下,政府出台了一些文件,要求在后半夜,采取“亮一隔一”或“亮一隔二”的措施,关闭部分光源。
笔者认为,这只能作为缓解电力紧张局面的权宜之计。
因为,“亮一隔一”或“亮一隔二”不仅减小照度,同时区别于不同的灯杆布置方式,照度均匀度将不同程度、甚至是严重的下降,对交通、行人安全、对维护社会治安产生不利影响。
七十年代的世界性能源危机中,日本曾在道路上进行间隔点灯的试验,结果导致治安、道路交通事故的大幅上升。
另外,这种方式由于需要在同一路径上敷设两根路灯,也增加了建设投资。
因此,应区别于不同的灯杆布置方式,谨慎采用关闭半数光源的方式。
常规灯杆布灯时,往往采用车道侧单光源灯具。
灯杆布置有单侧布置、交错布置、对称布置。
单侧布置时,若选用这一方式,则后半夜车道明暗悬殊,照度均匀度远低于道路照明设计标准的要求。
如某单侧布灯的工程,前半夜全亮时均匀度高达0.53,采用”亮一隔一”后均匀度则下降至0.07。
我们不应顾此失彼,单侧布灯时,不宜推广关闭半数光源的方式。
交错布置、对称布置时,采用这一方式,虽然均匀度稍差,但若选择配光合适的灯具,均匀度还是可以达到或略低于道路照明设计标准的要求。
工程实践中,可根据车道宽度、道路交通量、周边人流量等,有选择性的使用这种方式。
在照度要求高、机动车道较宽的快速路、主干路上,常规灯杆布灯时,可考虑采用车道侧同杆双光源灯具方案,两个光源可等功率或不等功率。
采用这种布灯方案时,上半夜两个光源全亮,后半夜关闭其中一个光源。
这种方式,对照度均匀度基本没有影响,单侧布置、交错布置、对称布置时,均可采用这一方案。
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环形电感镇流器
采用气体放电灯的路灯照明系统中,除光源自身的功耗外,与气体放电灯配套的电感镇流器也要消耗一部分电能。
电感镇流器的工作效率高低、节能与否,对路灯照明系统的电力消耗有一定的影响。
相对于传统的电感镇流器而言,环形电感镇流器,由于其采用圆环形铁芯和线圈,使环形铁芯卷片的几何形状与磁力线回路和曲线更加适应,磁路分布更趋合理,进一步改善了磁通,降低了铁损,减少了总的电力消耗。
可广泛适用于高压钠灯、汞灯和金属卤化物灯。
需要注意的是,这种方式仅仅是减少了镇流器的损耗,对路灯系统电耗中占主要比例的光源的电耗并没有减少。
钠灯用环形电感镇流器与传统型电感镇流器电能损耗比较详表3。
表3
镇流器功率损耗
镇流器功率损耗占光源功率的百分比(%)
钠灯光源功率
普通传统型
环形
普通传统型
环形
150W
23∽30W
≤17.6W
15∽20
<11
250W
30∽45W
≤25W
12∽18
<10
400W
48∽72W
≤35W
12∽18
<9
6?
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智能光源降压一稳压一调光技术
智能光源降压一稳压一调光技术,是将装置安装在路灯回路的起端,在前半夜控制路灯回路为全压,接近午夜时分,开始降低回路电压,在后半夜车稀人少时,进一步降低电压。
它的节电原理有二,其一是高压钠灯的亮灯维持电压低于220V,因此,降低回路电压光源不会熄灭;其二是由于后半夜电网用户少,负荷低,电网电压高于220V,而过压将额外消耗部分电能,采用该装置则避免了这部分的浪费。
根据工程实践,它的节电效果在15%左右。
采用这种装置,不仅节约了电能,不影响照度均匀度,而且能够避免光源过压运行,延长了路灯寿命。
需要注意的是,这种方式是对回路降压,回路内所有灯具都将在低电压运行,对下述问题应予注意:
①,随着使用时间的增加,光源端电压及电流等参数发生变化,同时光源本身质量上又具有离散性,降电压运行时就可能出现同一回路中一些灯具灭灯的现象;②路灯配电回路半径长达800米,随灯具与端距离的增加,电压逐渐下降,若线路设计不当,有可能出现远端电压不能满足光源所需正常维持电压;③路灯系统中往往会外接公交站台广告灯箱、电话亭照明,而这些照明由于功率小,一
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